Isomería

Carmen CoronelQuímica Orgánica I

Instituto de Química OrgánicaFac. de Bioquímica, Química y Farmacia Universidad

Nacional de Tucumán

Isómeros

Son compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero propiedades físicas y/o químicas distintas.

Cis-trans

Clasificación

Isomería

Constitucional o estructural

Estereoisomería

De cadena

De posición

De función

En C=C

Conformacional

Óptica

En ciclos

¿Como saber si son isómeros?

Isómeros constitucionales

Los isómeros constitucionales o

estructurales son los compuestos que a

pesar de tener la misma fórmula molecular

difieren en el orden en que están conectados

los átomos, es decir, tienen los mismos

átomos conectados de forma diferente

(distinta fórmula estructural).

Isómeros de cadena

Los isómeros de cadena son compuestos

que tienen distribuidos los átomos de

carbono de la molécula de forma

diferente. Por ejemplo, existen 3

isómeros de fórmula molecular C5H12.

pentano CH3CH2CH2CH2CH3

2-metilbutano (isopentano)

CH3CHCH2CH3

CH3CH3 C CH3

CH3

CH3

2,2-dimetilpropano (neopentano)

Isómeros de posición

Son compuestos que tienen las mismas

funciones químicas, pero sobre átomos de

carbono con números localizadores

diferentes.

CH3CH2CH2CH2OH

1-butanol

CH3CHCH2CH3

OH

2-butanol

CH3CCH2CH2CH3 O

2-pentanona

CH3CH2CCH2CH3

O

3-pentanona

Isómeros de función

Son compuestos de igual fórmula molecular

que presentan funciones químicas

diferentes.

C3H8O O CH2CH3 CH3

etil metil éter

CH3CH2CH2OH

1-propanol

C3H6O C CH3CH3

O

propanona

C HCH2

OCH3

propanal

Estereoisómeros

Los estereoisómeros son los isómeros cuyos átomos están conectados en el mismo orden, pero con disposición espacial diferente.

La estereoquímica estudia a las moléculas en tres dimensiones.

Conformaciones

Conformaciones son las distintas estructuras de

un mismo compuesto que surgen como resultado

de la “libre rotación” de los enlaces simples y la

flexilibilidad de los ángulos de enlace.

O O

H

H

O O

H H

Análisis conformacional

El análisis conformacional es el estudio de las energías de las diferentes conformaciones. (Wade)

El análisis conformacional es el estudio de la forma en la que los factores conformacionales afectan la estructura de una molécula y sus propiedades físicas y biológicas.

(Carey)

Proyecciones de Newman

Representaciones de moléculas orgánicas

H

HHH

H H

Carbono frontal

Carbono posterior

H

H H

HH

HH

HHH

HH

Caballete Tridimensional

Representaciones de moléculas orgánicas

Conformaciones del etano

H

HHH

H H

Enlace sp3-sp3

“Libre rotación” alrededor del enlace diferentes conformaciones

Conformación alternada

60°

Vista a lo largo del enlace C-1 C-2

60º

H

HHH

H H

Conformaciones del etano

Conformación eclipsada

Vista a lo largo del enlace C-1 C-2

H

HHH H

H

Conformaciones del etano

Tensión torsional = ~ 3 kcal/mol

~ 1 kcal/mol

~ 1 kcal/mol~ 1 kcal/mol

Conformaciones del etano

-60 0 60 120 180 240 300 360 420

Ángulo de torsión [°]

E

[Kcal/mol]

H

HHH H

H

H

HHH

H H

H

HHH

H HH

HHH

H H

H

HHH H

H H

HHH H

H H

HHH H

H

2,9

Estado de transición

Conformaciones del etano

Estructura de los alcanos lineales

Debido a la estructura del átomo de carbono los alcanos lineales adoptan la conformación más estable que es la alternada (forma de zig-zag) porque es la más estable.

Cicloalcanos

Introducción

Los cicloalcanos, llamados también alcanos

cíclicos o carbociclos, son compuestos que

presentan átomos de carbono sp3 que forman

anillos.

Tienen fórmula general CnH2n.

ciclopropano ciclobutano ciclopentano ciclohexano

Cis-1-cloro-3-yodociclobutano Trans-1-cloro-3-yodociclobutano

Isomería cis-trans en ciclos

trans-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

H

CH3

cis-1,2-dimetilciclopropano

H

H

CH3

H

CH3

H

Cis-1,2-dimetilciclopropano Trans-1,2-dimetilciclopropano

Cicloalcanos: tensión de Baeyer

1874 - Le Bel y van’t Hoff: geometría tetraédrica del carbono

1884 - Baeyer: Los cicloalcanos debe sufrir tensión angular cuando los ángulos de enlace son diferentes a 109°.

60° 90° 108°120°

> > <

Tensión angular

La tensión angular es la tensión

debida a la desviación del ángulo de

enlace (109,5º para la hibridación

sp3), ya sea por compresión o

expansión.

Ciclohexano

109,5º

120º

11,5º

Según la teoría de Baeyer el ciclohexano debería presentar tensión angular ya que si todos los átomos de carbono están en el plano, el ángulo de enlace es mayor en 11,5º que el ángulo de hibridación.

Ciclohexano

Conformación de silla

El ciclohexano presenta una conformación en la que cuatro átomos de carbono están en un plano, uno hacia arriba y otro hacia abajo. Esta conformación se parece a una reposera y se la denomina conformación silla

CiclohexanoConformación de silla

Todos los enlaces están escalonados.

Libre de tensión angular y tensión torsional, por lo

tanto, es la conformación más estable.

Ciclohexano

Conformación de silla

Hidrógenos axiales

Hidrógenos ecuatoriales

Eje

Conformación de bote

Ciclohexano

Conformación de bote

Los H en “asta” presentan tensión estérica por la proximidad. Además, presenta tensión torsional por los enlaces eclipsados. Esta conformación es menos estable que la silla.

Hidrógenos en asta: respulsión estérica

1,83 Å

Ciclohexano

Conformación de bote

Ciclohexano

Proyección de Newman

HH

CH2H

H

H

H

HH CH2

Conformación de bote torcido

Tensión torsional: menor que en la bote. Tensión estérica: menor que en la bote.Esta conformación es más estable que la bote, pero menos estable que la silla.

Hidrógenos en asta: mayor distancia (2,52 Å)

Ciclohexano

Conformación de semisilla

Presenta gran tensión torsional (5 C en el plano) y tensión angular. Esta conformación es la de mayor energía y es solo “un paso” de interconversión de silla a silla .

Ciclohexano

Interconversión de la silla

En un determinado instante de tiempo, la mayor parte de las moléculas en una muestra de ciclohexano adoptan conformación de silla. Sin embargo, la barrera de energía entre las conformaciones silla y bote es lo suficientemente baja para que se interconviertan muchas veces cada segundo.Se puede pasar de una conformación de silla a otra, pasando por las conformaciones intermedias.

Gráfica de Energía potencial

Ciclohexano monosustituidos

Sustituyente ecuatorial

(95%)

Metilciclohexano

CH3

CH3

Sustituyente axial(5%)

Bibliografía

Carey, F. Química Orgánica. Ed. Mc Graw Hill. 6° ed. 2006.

Vollhardt, K., Schore, N. Química Orgánica. Ed. Omega, S.A. 3° ed. 2000.

Wade, L.G. Jr Química Orgánica.Ed. Pearson, 5º Ed. 2004